Dat de naakte molrat de superheld onder de dieren is, wisten we al. Voor zo’n klein beestje leeft hij erg lang, hij krijgt zelden kanker en laat zich niet deren door sommige soorten pijn. Nu blijkt dat het oost-Afrikaanse knaagdier een stofwisselingstrucje beheerst dat ‘m in staat stelt te overleven op een minimum aan zuurstof – zonder duidelijke schadelijke effecten.
Credit: Buffenstein/Barshop Institute/UTHSCSA
Om te onderzoeken hoe goed naakte molratten (Heterochephalus glaber) kunnen omgaan met lage concentraties zuurstof, zette een team van biologen ze eerst in een ruimte met slechts 5 procent zuurstof. Dat is minder dan een kwart van de hoeveelheid die lucht gewoonlijk bevat en zelfs minder dan de 7 procent op de top van Mount Everest. Muizen sterven onder zulke omstandigheden binnen vijftien minuten (en mensen overleven het ook niet).
Maar voor naakte molratten is het alsof er niets aan de hand is. De eerste proef is afgebroken toen er na vijf uur nog steeds niets gebeurd was, zegt Thomas Park van de universiteit van Illinois in Chicago. ‘We sloegen steil achterover.’
Mieren zijn magnifieke navigators
Mieren zijn in staat tot verbazingwekkende navigatieprestaties. Misschien kan waardering hiervoor helpen om deze insectensoorten te behouden.
Vervolgens plaatste het team de ratten in pure stikstof, zonder enig zuurstof. Muizen overleven dit ongeveer een minuut. Mensen raken buiten bewustzijn na een of twee ademteugen van pure stikstof en sterven waarschijnlijk in minder dan tien minuten.
De naakte molratten daarentegen overleefden minstens achttien minuten. Na een paar minuten stopten ze met ademhalen, maar hun harten bleven slaan en zodra weer in normale omstandigheden teruggeplaatst werden, kwamen ze weer tot leven.
Wederopstanding
‘Ze lijken er totaal geen hinder van te ondervinden’, zegt teamlid Gary Lewin van het Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in Berlijn.
Duikende zoogdieren zoals walvissen kunnen hun adem ongeveer een uur lang inhouden. Maar tussen de duiken door ademen ze gewone lucht in aan de oppervlakte en slaan zuurstof op in hun weefsel om te kunnen overleven.
Naakte molratten leven in ondergrondse kolonies van tot wel driehonderd dieren. Het laat zich raden dat de zuurstofvoorraad daar meestal beperkt zal zijn.
‘Ze leven echt in moeilijke omstandigheden’, zegt Chris Faulkes van Queen Mary, universiteit van Londen, die ook molratten bestudeert maar niet betrokken was bij het onderzoek. De tunnels die de kolonies met de oppervlakte verbinden zijn nauw en kunnen volledig afgesloten raken bij hevige regenval, zegt hij.
Bovendien schurken de dieren graag tegen elkaar aan in de nestkamers. ‘Ze vinden het prettig om tegen elkaar te kruipen tot één grote berg naakte molratten’, zegt hij.
Stofwisselingstruc
Hoe gaan ze dan om met het gebrek aan zuurstof dat dan ontstaat? Deels door hun behoefte eraan te minimaliseren. Naakte molratten verbranden weinig energie om hun lichaam te verwarmen. De temperatuur in hun holen – in landen als Kenia, Ethiopië en Somalië – schommelt de rond 30°C; hun lichamen zijn dezelfde temperatuur.
Ze hebben ook een trage stofwisseling en komen in schijndood-achtige staat als er geen zuurstof is. Ook een listig stofwisselingstrucje helpt ze overleven.
Dierlijke cellen krijgen hun energie door glucose te verbranden. Als er geen zuurstof is, moeten deze cellen veel meer glucose verbruiken om dezelfde hoeveelheid energie op te wekken, waarbij ook melkzuur vrijkomt. Te veel melkzuur is dodelijk voor cellen, zegt teamlid Jane Reznick, eveneens van het Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin, dus komt er een feedbacksysteem in actie dat het proces een halt toeroept.
Maar als cellen een andere suiker, namelijk fructose, gebruiken, kunnen ze dit systeem omzeilen en energie blijven produceren.
En dat is precies wat naakte molratten doen: ze laten fructose vrijkomen in hun bloedbaan als er te weinig zuurstof is, waarna de suiker door het hart en de hersencellen opgenomen wordt om kritieke processen door te laten gaan. ‘Natuurlijk hebben naakte molratten een geheime manier om om te gaan met het lactaatoverschot’, zeg Reznick.
In theorie zouden mensen deze truc ook kunnen gebruiken. Onze cellen kunnen de pompen maken die nodig zijn om de fructose op te nemen. Ook beschikken ze over de enzymen om die pompen te gebruiken, zij het normaal gesproken in kleine hoeveelheden. Lewin wil graag freedivers, mensen die duiken op ingehouden adem, onderzoeken om te zien of hun cellen beter in staat zijn om fructose te gebruiken.
Sommige vissen en schildpadden overwinteren maanden lang in met ijs bedekte vijvers met lage zuurstofniveaus, maar de kou helpt hen om hun behoefte aan zuurstof te minimaliseren. Naast de naakte molrat is de epaulethaai een van de weinige dieren die bij normale temperaturen weet te overleven zonder zuurstof.
De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in Science.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: